[发明专利]一种基于全交叉权重遗传算法的天线选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于全交叉权重遗传算法的天线选择方法，尤其涉及一种基于全交叉权重遗传算法的LTE-A天线选择方法，属于无线移动通信领域。

背景技术

TD-LTE是移动通信技术发展的一个里程碑，已经在瑞典、日本得到商业推广。作为准4G技术，LTE在传输速率、延迟、终端体验、运营成本等指标上都做出了显著的进步。随着技术的进步，新一代移动通信网络具有更完备的网络覆盖、更高速率的数据服务能力及综合实时多媒体业务，以及在更复杂的无线环境下为用户提供更优良的网络服务。多输入多输出MIMO技术是LTE的一个关键部分。运用MIMO技术，通信系统可以在不增加通信带宽以及发送功率的情况下，通过空分复用或者利用空间多样性等方法，大幅度提升系统的传输速率或者降低误比特率。

然而阻碍MIMO技术推广的一大难题是：随着总天线数量的增加，包含放大器转换器等元件的射频链路也要逐渐增加，因此会增加通信系统的成本。为了克服这个问题，研究者们提出了多种天线选择算法，力求在少量损失性能的情况下有效降低所需射频链路数，从而节约通信系统成本。常用的天线选择算法有以下几类：

遍历搜索天线选择：这种方法找寻所有可能的收发天线组合，通过计算每种组合对应子集的信道容量，选出拥有最高信道容量的天线组合。这种方法可达到最优选择结果，但同时计算复杂度也随着天线数量的增加指数上升，在天线数量较大时复杂度将变得极大。

解耦式发送端/接收端天线选择：这类天线选择方法在发送端和接收端分别计算最优天线选择方案，能够大量的减少计算复杂度。但同时这类算法的性能损失也很大。

快速联合收发天线选择：此类算法是解耦式收发天线选择算法的拓展，能够针对收发端天线一起进行天线选择，是一种连续选择机制。此类算法同样有着较低的运算复杂度，可与最优天线选择算法相比，性能损失还是很大。

遗传算法天线选择：遗传算法在工程学中经常被用于解决复杂的最优化问题，当天线阵规模较大时在天线选择时很有优势。遗传算法用带有权值的染色体来表示每根天线在选取时的优先级，并用交叉、变异等一系列操作来在解空间里进行搜索。能够提供接近于最优解的结果。

在已有遗传算法中，简单遗传算法天线选择在进行完交叉、变异操作后，会出现选出的天线数量与目标天线数量不同的问题。随后研究者们提出了权重遗传算法，该算法通过赋予天线对应的染色体基因以不同的权重，选出优先权最高的若干根天线作为目标天线；然而此算法中权重都是取整数值，很容易在交叉操作后出现多根天线拥有相同优先级数值的问题，需要额外增加排序重填操作，增加了系统的复杂度。此后，又有研究者提出了实值权重遗传算法，通过将基因的优先级数值设为实数，解决了此问题，在降低复杂度的同时也对选择效果有一定提高，然而其性能和最优方法——穷举搜索相比，还是有一定差距。

发明内容

本发明的目的是为了提高现有遗传算法应用于天线选择方面的性能，降低系统的计算复杂度以及硬件复杂度，针对LTE-A中的MIMO无线通信系统提出一种基于全交叉权重遗传算法的天线选择方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明一种基于全交叉权重遗传算法的天线选择方法，采用基于实数权值的遗传算法对LTE-A中的MIMO系统天线进行选择，将一条染色体表示所有天线的优先权，并且每根天线对应一个带有权值的基因，通过遗传算法中的交叉、变异、优胜劣汰等操作，对可能的天线选择方式进行搜索，具体步骤如下：

1)LTE-A中的MIMO系统生成Q根染色体，Q为每一代的种群数量，每一根染色体均包含(N_R+N_T)个基因，其中N_R、N_T分别为LTE-A中的MIMO系统的接收天线和发送天线的数量；每个基因都有一个零均值标准正态分布的变量p做优先级，每个基因的优先级用式(1)给出；

p＝N(0，σ²)     (1)

其中σ²是p的方差；

2)对每根染色体用下面式(2)计算适应度值，即计算出每根染色体对应天线矩阵的信道容量表示为